Utiliser des idées tirées de la nature

(REMARQUE : Cette leçon est composée d’une partie A et d’une partie B. Elles sont toutes deux essentielles pour que les élèves aient accès à l’ensemble des apprentissages du programme. Si le temps vous est compté, passez en revue les deux parties et sélectionnez les éléments répondant aux besoins de vos élèves.)

Dans le cadre de cette leçon, l’apprentissage clé réside dans la découverte de la conception technique et du biomimétisme, c’est-à-dire la façon dont on utilise des idées tirées de la nature pour concevoir des solutions à des problèmes humains. Les élèves concevront et construiront l’une de ces solutions.
La leçon propose plusieurs suggestions à titre d’inspiration. Demandez à vos élèves de concevoir et de construire leurs propres idées pour résoudre le problème humain de leur choix. Insistez sur le fait que plusieurs solutions sont possibles.

• Contexte scientifique - Apprendre de la nature : Le biomimétisme est le processus qui consiste à s’inspirer d’autres êtres vivants pour concevoir des solutions à des problèmes humains.
  • L’inspiration peut résulter de la connaissance de la façon dont des organismes utilisent leurs organes sensoriels ou d’autres structures anatomiques internes et externes, notamment des structures et des processus microscopiques.
  • Au cours de cette leçon, les élèves se contentent d’imiter les structures anatomiques externes des animaux visibles à l’œil nu.
  • Des exemples sont fournis et recommandent de partager celles en relation avec la lumière et le son (pour assurer la cohérence du cours). Choisissez le nombre et le type d’exemples qui répondent aux besoins d’apprentissage de vos élèves.
  • Pour aider vos élèves à concevoir des inventions et les inspirer, partagez également des images et des informations relatives à diverses parties du corps des animaux.
• Acquérir des connaissances préalables - Apprendre de la nature : À l’aide de votre matériel scientifique de base, partagez des informations, des images et des définitions.
  • Les parties externes du corps des animaux incluent les cornes, la fourrure, les branchies, les pattes articulées, les ailes, le bec, les yeux, les plumes, les écailles, les oreilles, les dards, les antennes, le nez, les paupières, les coquilles, les piquants, ainsi que des couleurs vives ou des motifs.
  • Les animaux utilisent diverses parties de leur corps pour se reproduire, grandir et survivre dans leur milieu naturel, par exemple pour rester en sécurité en se fondant dans le paysage, en protégeant leur corps ou en éloignant les prédateurs.
  • Les gens utilisent des idées tirées de la nature pour créer des inventions. Exemples en relation avec la lumière et le son : 1) Modélisation d’ampoules LED en forme de lanterne de lucioles, ce qui leur permet de produire plus de lumière avec moins d’énergie ; 2) Conception de trains ou d’éléments d’éoliennes plus silencieux en s’inspirant du bec du martin-pêcheur, ce qui réduit les nuisances sonores pour les quartiers voisins ; 3) Conception de matériaux sensibles à la lumière qui changent de couleur en fonction de l’intensité lumineuse, ce qui permet aux machines et aux personnes de se fondre dans leur environnement.
  • Des inventions familières et leur source d’inspiration : les avions avec les ailes des oiseaux ; les hélicoptères avec les libellules et les colibris ; les casques de vélo avec les carapaces de tortue ; les sous-marins avec les baleines ; les bras artificiels avec les trompes d’éléphant (leçon sur les structures anatomiques des animaux).
  • Vocabulaire clé : parties du corps, survivre, invention
• Expérience en matière de construction et de programmation : Passez en revue les suggestions contenues dans le Plan de cours. Pour cette leçon, vous pouvez également :
  • Vous appuyer sur tous les didacticiels du menu Commencer de l’application SPIKE.
  • Étudier une ou plusieurs autres leçons du cours La science : Observez-la ! Écoutez-la ! Construisez-la ! pour que vos élèves acquièrent davantage d’expérience en matière de construction et se familiarisent avec les blocs Icône de l’application SPIKE.
  • Précisez que la programmation est facultative pour cette leçon.
• Matériel : À l’aide des éléments de contexte fournis ci-dessus, choisissez et trouvez des informations, des images ou des vidéos adaptées à l’âge de vos élèves portant sur 1) les parties externes du corps des animaux et 2) le biomimétisme. Concernant ce dernier, cherchez des exemples de biomimétisme ou, plus spécifiquement, des exemples de biomimétisme en lien avec le son et la lumière. Déterminez la manière dont vous allez présenter ces données scientifiques à vos élèves : combien d’exemples, où partager l’information, combien de choix proposer, etc. Rassemblez du matériel et des fournitures pour aider vos élèves à améliorer leurs modèles.

PARTIE A (45 minutes)

• Présentez à vos élèves les principaux personnages de l’histoire ainsi que le premier défi : Daniel, Sofie, Léo et Maria ont appris que les lucioles, qui produisent de la lumière, ont inspiré les fabricants de certaines ampoules. Aidez-les à découvrir d’autres idées tirées de la nature.

• RÉFLÉCHIR—Partagez les exemples de biomimétisme et de parties du corps d’animaux que vous avez rassemblés et animez une brève discussion sur le ou les sujets de la leçon.

  • Regardez ces photos. Comment les animaux utilisent-ils ces parties de leur corps pour survivre ? Les êtres humains peuvent-ils faire la même chose ? (Les réponses varieront en fonction des exemples de biomimétisme que vous aurez trouvés : Non, les humains ne peuvent pas : produire leur propre lumière comme les lucioles ; voler ou utiliser leur bec pour se déplacer tranquillement comme les oiseaux ; plonger à de grandes profondeurs comme les baleines ; rentrer leur tête dans une carapace comme les tortues.)
  • Quelles sont les inventions qui vous font penser à ce que les animaux sont capables de faire ? (Exemples : les ailes d’avion et les pales d’hélicoptère pour voler comme un oiseau ou un insecte ; les sous-marins pour plonger comme une baleine ; les casques pour protéger notre tête comme une carapace de tortue ; les ampoules qui produisent de la lumière comme une luciole ; les trains et les éoliennes qui bougent en silence comme un oiseau)
  • Regardez ces autres photos. Quelles parties du corps d’un animal montrent-elles ? (Les réponses varieront en fonction des images que vous aurez trouvées : des cornes, de la fourrure, des branchies, des pattes articulées, des ailes, des becs, des yeux, des plumes, des écailles, des oreilles, des dards, des antennes, des nez, des paupières, des coquilles, des piquants, ainsi que des couleurs vives ou des motifs)
  • Pensez aux différentes parties du corps des animaux. Quel problème humain pourraient-elles vous aider à résoudre ? (Suscitez et affichez les idées de vos élèves pour une utilisation partagée.)

• Distribuez à chaque binôme un ensemble SPIKE Essentiel et un appareil muni de l’application.

• Pendant que vos élèves travaillent, précisez-leur qu’ils peuvent concevoir et construire n’importe quelle solution à n’importe quel problème humain, en s’inspirant de n’importe quel animal. L’activité Éveiller propose quelques suggestions. Insistez sur le fait que plusieurs solutions sont possibles et que la programmation est facultative pour cette leçon libre.

• Demandez à vos élèves d’effectuer les tâches suivantes :

  • S’inspirer de l’activité Éveiller pour choisir un problème humain à résoudre et une partie du corps d’un animal qui pourrait permettre d’y remédier.
  • Dessiner leur idée, notamment la partie du corps de l’animal dont ils se sont inspirés et la façon dont leur conception aidera les gens. (Demandez à vos élèves de nommer la partie du corps de l’animal et de l’entourer, de la légender ou de montrer comment ils l’intégreront à leur idée.)
  • Réfléchir aux meilleurs matériaux à utiliser.
  • Commencer à CONSTRUIRE un modèle reprenant leur idée.
  • (Facultatif) Commencer à PROGRAMMER leur modèle pour montrer comment il fonctionne.

• À la moitié du temps de travail, demandez à vos élèves d’échanger leurs idées en suivant la routine habituelle de la classe, puis de modifier leur modèle en s’inspirant des informations partagées.

  • Tester leur modèle. Le modifier pour qu’il fonctionne comme ils le souhaitent.

• Animez une séance de réflexion sur les façons d’associer des matériaux et des fournitures à des éléments LEGO^® dans les conceptions des élèves. Encouragez vos élèves à faire preuve d’imagination concernant les problèmes pour lesquels ils conçoivent une solution et les matériaux qu’ils choisissent.

• Rassemblez vos élèves pour une session de partage.

• Demandez à chaque binôme de partager et d’expliquer sa solution en cours de réalisation (modèles et croquis), notamment :

  • Le problème qu’ils veulent résoudre et pourquoi.
  • La partie du corps d’un animal dont ils se sont inspirés et la façon dont cet animal l’utilise.
  • La manière dont ils souhaitent que leur invention fonctionne. (Les élèves peuvent décrire oralement ou présenter visuellement le fonctionnement de leurs solutions, mais ils n’ont pas besoin de finaliser un modèle fonctionnel.)
  • Si leur conception a fonctionné ou s’ils ont dû la modifier.
  • Les défis de conception pour lesquels ils aimeraient obtenir de l’aide.

Si vous souhaitez passer à la partie B – Expliquer, demandez à vos élèves de conserver leurs modèles intacts ou prévoyez du temps pour la reconstruction.

PARTIE B (45 minutes)

• Répétez les étapes de la partie A – Expliquer pour que d’autres groupes puissent présenter et expliquer ce qu’ils ont appris.

• Demandez à vos élèves d’effectuer les tâches suivantes :

  • (10 min) Continuer à modifier et tester leurs modèles jusqu’à ce qu’ils fonctionnent comme prévu.
  • (15 min) Faire une démonstration de leur invention et montrer comment elle permet de remédier à un ou plusieurs problèmes humains à l’aide d’une idée inspirée d’une partie du corps d’un animal.

• (5 min) Demandez à vos élèves de partager les connaissances, les idées ou les compétences :

  • Qui les ont aidés à relever le défi.
  • Qu’ils ont acquises lors de la construction.

• Demandez à vos élèves de ranger les ensembles et les espaces de travail.

• Posez des questions d’orientation pour encourager les élèves à réfléchir et à prendre des décisions dans le cadre des phases de réflexion, de construction et de programmation.

Checklist d’observation

• Passez en revue les objectifs d’apprentissage (Encadré Support pour l’enseignant).

• Utilisez la checklist pour évaluer les progrès des élèves :

  • Leur description et leur conception mettent en lumière plusieurs exemples de la façon dont les animaux utilisent des structures anatomiques externes pour survivre (à l’aide des informations scientifiques fournies).
  • Leur conception résout un problème humain et comporte une fonctionnalité qui imite une partie spécifique du corps d’un animal. (Les élèves peuvent décrire oralement ou présenter visuellement le fonctionnement de leurs solutions, mais ils n’ont pas besoin de finaliser un modèle fonctionnel.)
  • Ils décrivent les matériaux qu’ils ont utilisés et les caractéristiques de leur conception.

Auto-évaluation

Demandez à chaque élève de choisir la brique qui représente le mieux ses performances.

• Brique bleue : Je pense être capable de suivre des instructions pour créer un programme.
• Brique jaune : Je suis capable de suivre des instructions pour créer un programme.
• Brique verte : Je suis capable de suivre des instructions pour créer un programme et je peux aider un camarade.

Évaluation croisée

En binômes, demandez à vos élèves de discuter de leur expérience collaborative.
Encouragez-les à utiliser les tournures suivantes :

• J’ai aimé quand tu…
• J’aimerais en savoir plus sur la façon dont tu…

Pour simplifier :

• Réduisez le nombre de choix ou proposez un problème humain spécifique et faites le lien avec une structure anatomique externe spécifique d’un animal. Insistez sur le fait que les élèves peuvent construire leur solution de conception sans utiliser le Hub et qu’il n’est pas nécessaire de la programmer.
  Pour aller plus loin :
• Demandez à vos élèves de PROGRAMMER leur modèle pour montrer comment fonctionne leur invention. Si vous le souhaitez, invitez-les à prolonger le défi Enrichir en combinant deux structures ou plus pour remédier à plusieurs problèmes.

• Demandez à vos élèves de transformer leur dessin de conception (de l’activité Explorer) en un dépliant ou une publicité faisant la promotion de leur invention. Demandez-leur d’utiliser des flèches, des cercles et des étiquettes pour expliquer le fonctionnement de l’invention. Ils peuvent également ajouter quelques mots ou une phrase expliquant pourquoi les gens devraient utiliser cette invention.

Notez que cela étendra la durée de la leçon au-delà de 45 minutes.